8
La radioactivité Un peu d’histoire
Les différents types de radioactivité Loi de filiation, activité et période
9
Evaluation des effets des rayonnements ionisant Le Gray et le Sievert
Ordre de grandeur de rayonnement naturelle et létale Dossier : radioactivité et CO
210
Le nucléaires et l’environnement
Le retraitement des déchets radioactifs
Le stockage des déchets radioactifs en grande profondeur L’avenir de la fission
Wilfrid da Silva (Énergie Nucléaire - Fission et fusion) UE LXC10 - Cours 3 : la radioactivité et l’environement
La radioactivité Evaluation des effets des rayonnements ionisant Le nucléaires et l’environnement
Un peu d’histoire
Les différents types de radioactivité Loi de filiation, activité et période
Plan-Contenu
8 La radioactivité Un peu d’histoire
Les différents types de radioactivité Loi de filiation, activité et période
9 Evaluation des effets des rayonnements ionisant Le Gray et le Sievert
Ordre de grandeur de rayonnement naturelle et létale Dossier : radioactivité etCO2
10 Le nucléaires et l’environnement Le retraitement des déchets radioactifs
Le stockage des déchets radioactifs en grande profondeur L’avenir de la fission
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Un peu d’histoire
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Les rayons X ont été découverts en 1895 par le physicien allemand Wilhelm Röntgen (le premier prix Nobel de physique)
Les rayons X sont des photons produits par la désexcitation des électrons du cortège électronique des atomes.
L’énergie de ces photons va de quelques eV (électron-volt) à plusieurs dizaines de MeV, soit une longueur d’onde comprise approximativement entre 5 picomètres et 10 nanomètres.
Bonbardement des atomes par des élecctrons et production de photons
Radiographie X d’une main par
Wilhelm
Röntgen Pulsar X du Crabe (c’est ce qui reste de l’explosion d’une supernova en 1054 (SN
1054))
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Découverte de la radioactivité par Antoine Henri Becquerel en 1896
En 1896 Becquerel découvre la radioactivité par accident !
Becquerel cherchait à déterminer si les rayons émis par les sels d’uranium était ces fameux rayons X découvert en 1995.
Mais Becquerel montre que le sel d’uranium émet des rayons pénétrants qui ne sont pas des rayon X !
Becquerel prendra progressivement conscience de la signification profonde de sa découverte : un phénomène majeur de la nature !
Ce qui impressionne ces plaques ce sont des rayons Gamma ! (il ne le savait pas encore !)
À cette époque,
une étudiante, Marie Curie,
choisit comme sujet de thèse l’étude de ce nouveau type de rayonnement.Marie Curie confirme en quelques mois que ce rayonnement est une propriété de plusieurs éléments chimiques, et baptise cette propriété « radioactivité ».
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Découverte de la radioactivité par Becquerel en Mars 1896
( texte extrait de : http ://www.bibliotheque.polytechnique.fr/expositions/becquerel/Decouverte2.html)
1 La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d’excitation autres que la chaleur.
2 Une fois l’énergie du photon absorbée (lumière d’excitation), la molécule fluorescente se trouve alors dans un état électroniquement excité. Le retour à l’état fondamental peut se faire par émission d’un photon (lumière d’émission), c’est le phénomène de fluorescence.
3 Aux environs de l’an 1000 existait chez l’empereur de Chine, un tableau magique sur lequel un boeuf apparaissait chaque soir. Ce fut le premier exemple, dans l’histoire, d’un matériau fabriqué par l’homme, capable d’émettre de la lumière luminescente.
4 Becquerel sait que pour qu’un corps devienne luminescent (émission de rayon X) on doit préalablement l’exposer à la lumière. Mais il ne faut pas que cette lumière impressionne directementla plaque photo qui doit détecter la fluorescence X (rayons X).
5 Il enveloppe, par conséquent, des plaques photo dans du carton noir et des feuilles d’aluminium et recouvre l’ensemble de lamelles cristallines de sels d’uranium, et expose le tout au soleil sur le bord de sa fenêtre.
6
Le 24 février 1896, Henri Becquerel communique à l’Académie que les plaques photographiques fortement protégée de la lumière du soleil ont été impressionnées par un rayonnement invisible pénétrant .
7 Tout semble confirmer son hypothèse de travail : l’uranium émet des rayons X pendant sa fluorescence, mais...
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Découverte de la radioactivité par Becquerel en Mars 1896 (suite) Becquerel continue ses expérience sur ce qu’il croit être des rayons X émit par l’uranium pendant sa fluorescence...
1 Certes, les taches observées sur les plaques photo sont bien ténues, beaucoup moins spectaculaires que les images de Rontgen. Mais elles sont bel et bien présentes.
2 Si l’on interpose divers objets métalliques entre le sel d’uranium et la plaque, on voit leur silhouette se dessiner sur les clichés. Les rayons invisibles sont plus ou moins atténués par les matériaux.
3 Becquerel veut répéter son expérience le 26 et le 27 février. Hélas ! Paris est recouvert de nuages. Becquerel abandonne ses échantillons dans un tiroir, remettant son expérience à plus tard.
4 Avant de reprendre ses travaux, le dimanche 1er mars, il développe "par acquit de conscience" ses plaques photo, dont tout laisse à penser qu’elles seront vierges puisque, à l’abri du soleil (la fluorescence des sels d’uranium qui les recouvrent n’a pas pu être excitée).
5 Il découvre qu’elles sont, au contraire, fortement impressionnées et se rend compte immédiatement qu’il est face à un phénomène nouveau.
Le sel d’uranium émet des rayons pénétrants qu’il ait ou non été
exposé à la lumière solaire. Becquerel prendra progressivement
conscience de la signification profonde de sa découverte : un
phénomène majeur de la nature !
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Un exemple de radioactivité naturelle : le carbone
146C
Le carbone146Cest un isotope radioactif du carbone qui est un élément chimique possédant :
2 isotopes stables :
12
6C(98,8 %)
13 6C(1,1 %)
des traces de nombreux radionucléides de96Cà176C.
Le146Cnaturel est produit naturellement dans la haute atmosphère par l’action des neutrons cosmiques sur les atomes d’azote.
14
6C→147 N+e−+νe
Niveau d’activité en carbone146Catmosphérique depuis 1800
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Chaîne de désintégration radioactif de l’uranium
23892U
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Radioactivité : α, β
+, β
−et γ
Particules alpha α :
Ce sont desnoyaux d’hélium(42He) .
Masse importante, légèrement déviées par un champ~Eou~B.
Faible pouvoir de pénétration :. Quelques centimètres d’air ou une mince feuille de papier d’aluminium les arrête.
Particule bêta moins (β
−)
Ce sont des électrons.
Masse faible, facilement déviées par un~Eou~B.
pouvoir de pénétration moyen : plusieurs mètres d’air ou quelques centimètres d’aluminium les arrête.
Particules bêta plus (β
+)
Ce sont des positons(e+)(antiparticules dese−)
Rayons gamma (γ)
Les(γ)sont des rayonnements
électromagnétiques de grande énergie donc de faible longueur d’onde.
Grand pouvoir de pénétration :
Ils peuvent pénétrer dans plus de un mètre de plomb.
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Réaction de désintégration α
Une particuleαest un noyau d’hélium (42He).
La désintégrationαconcerne les noyaux qui sont lourds (A > 180 nucléons).
Le noyau initial dit noyau père (AZX) émet un noyau d’hélium.
Le noyau résultant dit noyau fils (A−4Z−2Y) devient plus stable.
La réaction de désintégrationαs’écrit : A
Z
X →
A−4Z−2Y +
42H
eL’uranium23892Uest un émetteurα: 238
92
U →
23490Th +
42H
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Réaction de désintégration β
−Le noyau père (AZX) possède trop de neutrons par rapport au nombre de protons.
Un neutron du noyau se transforme en proton, avec émission d’un électron (e−) et d’une antiparticule appelé anti-neutrino électronique (νe)
n → p + e
−+ ν
eLa réaction de désintégrationβ−s’écrit : A
Z
X →
Z+1AY + e
−+ ν
eLe carbone 14, qui sert à la datation des objets est émetteurβ−, le noyau fils est de l’azote :
14
6
C →
147N + e
−+ ν
eWilfrid da Silva (Énergie Nucléaire - Fission et fusion) UE LXC10 - Cours 3 : la radioactivité et l’environement
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Réaction de désintégration β
+Le noyau père possède trop de protons par rapport au nombre de neutrons.
Dans le noyau un proton se transforme en neutron, avec émission d’un positon (e+) et d’une particule appelé neutrino électronique (νe).
p → n + e
++ ν
eLa réaction de désintégrationβ+s’écrit : A
Z
X →
Z−1AY + e
++ ν
eLe phosphore 30 est émetteurβ+, le noyau fils est du silicium 30
15
P →
3014Si + e
++ ν
eWilfrid da Silva (Énergie Nucléaire - Fission et fusion) UE LXC10 - Cours 3 : la radioactivité et l’environement
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